通信系统中串行数据交织器的设计.doc

1、 设计原理1、交织器原理交织器是通信编码中抗突发干扰的一种重要手段，将突发干扰产生的分布集中的误码分散到信息数据中，以便采用纠错编码的方法进行纠错。本项目设计一个行列交织器，其框架图图如图1所示，PN码发生器模拟数据源产生串行数据，按行写入一m行n列的RAM中，写满后按列读出。为避免数据丢失，需使用两个这样的RAM交替读写。这里统一m和n都选4，即两个44 RAM。图1 串行数据交织器整体框架图2、 程序设计原理本实验制作一个通信系统中的串行数据交织器，其设计原理图如图1所示。程序整体由三个子模块构成：100KHz分频模块，利用FPGA上50MHz的晶振分频得到，作为产生伪随机码和读写RAM的时钟；伪随机码发生器模块，以16个数为一周期，模拟数据源产生串行数据；读写RAM模块，按行写入一4行4列的RAM中，写满后按列读出。为避免数据丢失，需使用两个这样的RAM交替读写，从而实现交织。电路图如图2所示：图2 电路原理图二、源程序代码/顶层模块module interleaver(endout,out,clk_50M);input clk_50M;output0:0 endout,out;wire clk;wire3:0 k;wire0:0 pn16;divider U1(clk,clk_50M);pn U2(clk,pn16);array U3(endout,out,clk,pn16,k);endmodule/分频器 (50MHz-100KHz)module divider(clk,clk_50M);output clk;input clk_50M;reg clk;reg23:0 cnt;always (posedge clk_50M)beginif(cnt=249)begincnt=0;clk=clk;end elsecnt=cnt+1; /计数endendmodule /pn16（伪随机码发生器，以16个数为一周期）module pn(clk,pn16);inputclk;output0:0pn16;regq0;regq1;regq2;regq3;wireset1;wireSYNTHESIZED_WIRE_0;wireSYNTHESIZED_WIRE_1;assignSYNTHESIZED_WIRE_1 = 0;always(posedge clk )beginif (!set1)beginq0 = 1;endelsebeginq0 = SYNTHESIZED_WIRE_0;endendalways(posedge clk)beginbeginq1 = q0;endendalways(posedge clk)beginbeginq2 = q1;endendalways(posedge clk)beginbeginq3 = q2;endendassignSYNTHESIZED_WIRE_0 = q3 q2;assignset1 = q0 | q2 | q1 | q3 | SYNTHESIZED_WIRE_1;assignpn16 = q3;endmodule/array（使用两个数组，作为两个44RAM）module array(endout,out,clk,pn16,k);input clk;input0:0 pn16;output0:0 out,endout;output3:0 k;reg3:0 k,i;reg0:0 out,endout;reg array115:0;reg array215:0;reg1:0 j,flag;initialbegini=0;j=0;k=-1;flag=0;endalways(posedge clk)beginif(k=15)begink=0;endelsek=k+1;if(i=15) /用循环产生44数组，即44 RAMbegini=0;flag=flag;endelsei=i+1;if(j=3)j=0;elsej=j+1;if(!flag)beginarray1i=pn16; /伪随机码写入array1out=array2i; /按行读出array2中的数据给out（未交织）if(i4) /按列读出array2中的数据给endout（交织后的） endout=array20+4*j; else if(i8)endout=array21+4*j;else if(i12)endout=array22+4*j;elseendout=array23+4*j;endelsebeginarray2i=pn16; /伪随机码写入array2out=array1i; /按行读出array1中的数据给out（未交织）if(i4) /按列读出array1中的数据给endout（交织后的）endout=array10+4*j;else if(i8)endout=array11+4*j;else if(i12)endout=array12+4*j;elseendout=array13+4*j;endendendmodule三、仿真结果1、分屏器模块仿真结果如图3所示：图3 分屏器模块仿真结果2、伪随机码发生器模块仿真结果如图4所示：图4 伪随机码发生器模块仿真结果3、 最终仿真输出结果如图5、图6所示：图5 第一个周期图6 最终输出结果仿真结果分析：1、 如图5所示，在第一个循环周期，伪随机码写入array1，同时按行读出array2到out，按列读出array2到endout，但由于此时array2里面的单元都为0，所以在第一个周期里，输出out（未交织）和endout（交织后）都为0。2、 如图6所示，结果为实现了交织功能。未交织的out输出为：0001 0011 0101 1110 0010 0110 1011 1100，即0 0 0 1 0 0 1 00 0 1 1 0 1 1 00 1 0 1 1 0 1 11 1 1 0 1 1 0 0交织后的endout输出为：01 0011 0101 1110 0011 0101 1110 0010 ，即0 0 0 1 0 0 1 10 0 1 1 0 1 0 10 1 0 1 1 1 1 01 1 1 0 0 0 1 0如此可见，endout实现了按列读出，即设计实现了交织功能。四、实验结果利用示波器观察交织前后的波形，如图7所示：图7 实验结果五、实验总结本实验内容为制作一个通信系统中串行数据交织器。由于对Verilog和Quartus II 软件、ModuleSim仿真软件的使用较熟悉，对用Verilog HDL语言来编写程序较熟练，因此在明白实验原理后，设计的实现就感觉较上一个实验简单。但是，此次实验也并不是如鱼得水的。实验过程中也遇到了一些小问题。起初，对此次交织器的原理不是很清楚，对其程序实现方案也不清晰。后来认真听了老师的解说，自己课后也在图书馆查阅了相关资料。经过自己的思考，最终明白了整个电路的原理。第二，刚开始搭建好电路进行观察时，示波器没有输出正确的波形。后面把DE2板和示波器表笔换了，波形就出来了，并且同时输出了交织前和交织后的波形，说明本次设计取得了成功。通过自己课下的努力和钻研，最终较快较好地成功完成了实验，这给了我极大